一项关于星系团的新研究表明，宇宙可能在各个方向上都不相同。如果你的生活有时似乎没有方向，你可能会理所当然地责怪宇宙。但有研究表明宇宙实际上是“各向异性”的——某些区域的膨胀速度比其他区域快。向那些为个人不幸寻找宇宙借口的人道歉，也许宇宙并不是那么没有方向。
星系团由炽热的气体发出x射线(图中紫色部分)。对天空中这些星团的观测揭示了宇宙结构中可能存在的奇怪异常现象。
一项关于星系团的新研究表明，宇宙在各个方向上可能都不一样。如果你的生活有时似乎没有方向，你可以合理地责怪宇宙。: ）
根据现代物理学的关键原理，宇宙在数十亿光年的尺度上是各向同性的，这意味着它在每个方向上都应该有相同的外观和行为。自从140亿年前的大爆炸以来，宇宙应该在每个方向都以同样的方式膨胀。这个预期与天文学家在观测宇宙大爆炸的均匀余辉宇宙微波背景时所看到的一致。
然而最近通过x射线对天空中星系团距离的调查表明，有些星系团比各向同性所预测的要近或远得多。这一发现可能是一个信号，表明宇宙在某些区域的膨胀速度实际上是各向异性的。向那些为个人的不幸寻找宇宙借口的人道歉，也许宇宙毕竟不是那么没有方向感，哈哈。
由德国波恩大学的天文学家康斯坦丁诺斯.米卡斯领导的一个国际研究小组提供了各向异性的可能证据,这些证据来源于美国宇航局(NASA)钱德拉x射线天文台、欧洲航天局“xmm -牛顿”卫星、日本“宇宙学和天体物理学高级卫星”等观测到的850多个星系团的新资料或记录资料。
这项研究发表在4月份的《天文学与天体物理学》杂志上，它把每个星团都比作灯塔，通过每个星团的亮度或亮度来测量它们的距离。
通过测量弥漫在特定星系团中的高温稀薄气体所发射的x射线的种类和数量，研究小组可以确定气体的温度。这样一来，研究人员就可以估算出星团的x射线光度，从而估算出它的距离。接下来，他们通过一种独立的技术计算了每个星团的亮度，这种技术部分依赖于预先存在的宇宙膨胀率。
通过比较两个独立星团的亮度值，米卡斯和他的同事可以探测整个天空中宇宙膨胀速度的潜在偏差，揭示出两个星团比预期亮30%或暗30%(因此可能更近或更远)的区域。
米卡斯说：“我们努力确定了一个区域似乎比宇宙的其他区域扩张得更慢，另一个区域似乎扩张得更快。有许多关于光学超新星和红外星系的研究，它们也探测到了朝向相同方向的类似的各向异性。 也有许多研究使用类似的数据集，但没有显示任何各向异性!因此，情况仍然是模糊的。我们不主张知道各向异性的起源，只主张它们确实存在”。
根据对数百个星系团的x射线调查，全天地图显示了可能是宇宙的不平衡膨胀。橙黄色表示增长速度快于预期。紫黑色表示扩张速度比预期要慢。
惊人的，令人沮丧的各向异性
一个各向异性的宇宙将动摇物理学的支柱，要求对当前关于宇宙演化的理论进行重大的修正。
如果宇宙的增长确实在不同的方向上是不同的，这就给宇宙学的一个假设带来了全新的挑战，即在足够大的空间范围内膨胀的同质性，密歇根州立大学的天体物理学家梅根·多纳休这样说，她并没有参与这项研究。她补充说，不平衡的扩张将是惊人和令人沮丧的，因为这表明我们对宇宙大尺度结构和演化的理解一直存在明显的缺陷。
为了解释这种现象，并将其与宇宙微波背景辐射中近乎完美的各向同性相调和，宇宙学家们可能要转向暗能量——一种推动宇宙加速增长的神秘力量。
也许，在宇宙微波背景(CMB)所描绘的宇宙早期和过去几十亿年的晚期之间的某个时期，暗能量效应在宇宙的某些特定区域变得更强，造成了不平衡的膨胀。
“如果发现暗能量在宇宙的不同部分具有不同的强度，那将是非常了不起的，”波恩大学的联合研究者托马斯。赖普里希在最近的一份声明中说。然而，还需要更多的证据来排除其他解释，并提出一个令人信服的理由。
宇宙的盲点
当然，最明显的解释是，星团间距的明显不对称是由于数据或分析的缺陷。
然而，这种情况仍然需要科学家们更好的理解错误是如何混入他们对宇宙最佳距离估算的。
约翰霍普金斯大学的天文学家亚当·里斯说，利用星团作为宇宙学探测的研究得出了古怪结果，他引用了其他研究人员最近的分析，强调了基于星团的研究和其他测量技术之间的不一致。里斯与米卡斯的团队没有任何关系。
这种不一致性表明，星系团x射线温度和光度之间的相关性并不像研究人员希望的那样清晰。
此外，里斯说，就在银河系，还有其他潜在的问题需要处理:即，我们星系充满气体和尘埃的圆盘，以各种令人烦恼的方式干扰了天文学家对更广阔宇宙的看法。他说，米卡斯和他的同事确定的宇宙各向异性最明显的区域，与银河系吸收x射线的气体和尘埃最厚的地方接壤，这可能不是巧合。
里斯补充说，他们声称宇宙的奇怪方向正好在我们的盲点上。这听起来很可疑!
普林斯顿大学和纽约福莱特研究所的宇宙学家大卫•斯珀格尔也怀疑，基于星团的测量方法存在错误，部分原因是许多其他技术提供的结果根本相互矛盾。
他表示，如果这篇论文是正确，那么它非常重要，但不太可能是正确。基于宇宙微波背景和大尺度结构的观测，我们对各向异性有更多更精确的测试。
这些观察结果更简单、更清晰，并以多种不同的方式重现。
他说，这项新研究提出的各向异性尺度将导致宇宙微波背景的波动，其亮度是天文学家观测到的亮度的1000倍。
尽管如此，米卡斯和他的同事们认为，决定性地反对或支持不平衡的宇宙需要对大规模宇宙结构进行更多、更全面的探索。
他们现在正在宇宙微波背景图中寻找星系团各向异性的进一步线索，并试图用互补的红外观测来验证他们基于x射线的星系团研究。
最终的结论可能来自于新的太空望远镜，如德国和俄罗斯的x射线天文台eROSITA，或欧洲航天局即将进行的欧几里德任务，该任务将对整个天空的星团进行更深入和更广泛的调查。
米卡斯说:“总的来说，考虑到这对标准宇宙学的巨大意义，我们认为应该有越来越多的人研究宇宙的各向同性，寻找新的方法和工具来做这件事。”如果我们能一劳永逸地知道晚期宇宙是否具有各向同性，那就太好了。
BY: Lee Billings
FY: 生命动力
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